【5G PHY】5G SS/PBCH块介绍（一）

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本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。

博客内容主要围绕：
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5G SS/PBCH块介绍（一）

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一、为什么要引入SS/PBCH块

LTE的PSS、SSS和PBCH位于载波的中心，周期是固定的，且不进行波束赋形，必须覆盖整个小区。NR部署在高频段时，基站必须使用massive-MIMO天线以增强覆盖，但是massive-MIMO天线会导致天线辐射图非常狭窄，单个波束不足以覆盖整个小区。同时，受限于硬件，基站往往不能同时发送多个波束来覆盖整个小区，因此NR通过波束扫描的方法覆盖整个小区，即基站在某一个时刻只发送一个或几个波束方向，通过在多个时刻发送不同方向的波束来覆盖整个小区。在每个波束中，都要配置PSS、SSS和PBCH，以便UE实现下行同步，PSS、SSS和PBCH必须同时发送，简称SS/PBCH块，简称SSB。
SSB有两个作用，第一个是小区搜索；第二个是UE进行小区测量的参考信号。通过测量SSB，UE可以上报L1-RSRP和SS/PBCH块的资源指示。其中，L1-RSRP用于小区选择、小区重选和切换等移动性管理过程，SS/PBCH块的资源指示，用于初始的波束管理。

二、单个SS/PBCH块占用的时频资源和时频位置

每个SS/PBCH块在频域上由240个连续的子载波（即20个RB）组成，子载波在SS/PBCH块内按照升序从0～239进行编号；在时域上由4个连续的OFDM符号组成，OFDM符号在SS/PBCH块内按照升序从0～3进行编号，单个SS/PBCH块的结构如下图所示。

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SS/PBCH块的子载波0与公共资源块 $N_{CRB}^{SSB}$ 的子载波0之间偏移k_SSB个子载波， $N_{CRB}^{SSB}$ 由高层参数offsetToPointA定义。

当5G NR部署在FR1时，SS/PBCH块的子载波间隔是15kHz或者30kHz，占用的带宽是3.6MHz或者7.2MHz，k_SSB∈｛0，1，2，…，23｝，k_SSB的单位是SCS=15kHz，这是因为SS/PBCH块的子载波间隔可能小于初始接入带宽的子载波间隔（例如，SS/PBCH块的SCS=15kHz，初始接入带宽的SCS=30kHz），因此需要在2个PRB（0～23）范围内指示子载波偏移。

当5G NR部署在FR2时，SS/PBCH块的子载波间隔是120kHz或者240kHz，占用的带宽是28.8MHz或者57.6MHz，k_SSB∈｛0，1，2，…，11｝，k_SSB的单位是SCS=60kHz。这是因为SS/PBCH块的子载波间隔永远大于或等于初始接入带宽的子载波间隔，仅需要在1个PRB（0～11）范围内指示子载波偏移。

单个SS/PBCH块的子载波间隔和对应的频率范围

scs	SSB的带宽	单个SSB的持续时间	频率范围
15kHz	3.6MHz	大约285us	FR1
30kHz	7.2MHz	大约143us	FR1
120kHz	28.8MHz	大约36us	FR2
240kHz	57.6MHz	大约18us	FR2

PSS在SS/PBCH块的第1个OFDM符号上，占用SS/PBCH块中间的127个子载波，两边分别有56、57个子载波不传输任何信号，这样的设计使PSS与其他信号之间有较大的频率隔离，便于UE把PSS与其他信号区分出来。SSS在SS/PBCH块的第3个OFDM符号上，也是占用SS/PBCH块中间的127个子载波，两边分别有8、9个子载波不传输任何信号，这样的设计既方便把SSS与PBCH区分出来，又充分利用了第3个OFDM符号上的资源。PBCH在SS/PBCH块的第2～4个OFDM符号上。其中，第2和第4个OFDM符号上各有240个子载波，第3个OFDM符号上有96个子载波，因此，PBCH共计有576个RE，去掉PBCH的DM-RS后，PBCH共有576×3/4=432个RE用于传递信息。

三、SS/PBCH Burst 集合

与LTE的PSS/SSS固定的5ms周期不同，NR的SS/PBCH块的周期是可变的，SS/PBCH块的周期可以配置为5ms、10ms、20ms、40ms、80ms和160ms，在每个周期内，多个SS/PBCH块被限制在某一个5ms的半帧内，SS/PBCH块的集合被称为是SS/PBCH突发（Burst）集合，SS/PBCH突发集合中的每个SS/PBCH块可以用波束扫描的方式进行发送，以增加小区的覆盖范围，SSB突发集合内的多个SS/PBCH块以时分复用的方式发送。

SSB的周期由高层参数ssb-periodicityServingCell通知给UE，如果没有配置ssbperiodicityServingCell，则UE假定SSB的周期是20ms。对于初始小区搜索，由于此时UE还无法接收ssb-periodicityServingCell，UE假定SSB的周期是20ms，这样UE就可以知道在某个频率上搜索PSS/SSS需要停留的时间，如果没有搜索到PSS/SSS，则UE转换到下一个频率的同步栅格上继续搜索PSS/SSS。

长的SSB周期可以使基站处于深度睡眠状态，从而达到降低基站功耗和节能的目的，也有利于节约OFDM符号等系统开销，缺点是导致UE长时间停留在某个频率上，以确定该频率上是否有PSS/SSS存在，也即增加了UE开机后的搜索复杂度及搜索时间。不过，SSB周期的增加不一定影响用户的体验，这是因为智能手机开机/关机的频率大大降低，开机搜索的适当增加并不会严重影响用户的体验。此外，NR使用了比LTE更稀疏的同步栅格，在一定程度上抵消了由于SSB周期增加所导致的搜索复杂度的加大。